Akademia Górniczo Hutnicza , Kraków Wydział inżynierii Mechanicznej i Robotyki Katedra Maszyn i Urządzeń Energetycznych

Paweł Gromadzki Rok III Grupa 11 Rok akad, 00/01 Data: 15.11.2000

Laboratorium z Mechaniki Płynów

Ćwiczenie nr 2.

Ćwiczenie odrobiono: Data: Podpis prow.:

Ćwiczenie zaliczono: Ocena: Data: Podpis:

Temat : Wyznaczanie strat energii w przepływie płynu rzeczywistego.

I. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z rodzajami strat ciśnienia występującymi przepływu gazu przez rurociąg zbudowany z różnego rodzaju kształtek i odcinków prostoliniowych oraz nauczenie się wyznaczać doświadczalnie i obliczać empirycznie straty ciśnienia , a także określić ich zmienność w funkcji liczby Reynoldsa.

Wiedza ta jest potrzebna w badaniach doświadczalnych ,pracy projektowej i eksploatacyjnej w dziedzinie przepływów i maszyn przepływowych.

II. Zakres wymaganych wiadomości.

• Równanie Bernoulliego w postaci masowej, objętościowej, ciężarowej.

• Straty strumienia energii, rodzaje.

• Rozkład prędkości przepływu płynu w przekroju poprzecznym, współczynnik Coriolisa dla przepływu laminarnego i turbulentnego.

• Przyrost (ubytek) strumienia energii, bilans strumienia energii.

• Obliczanie strat energii w obwodzie, straty liniowe, straty lokalne.

• Liczba Reynoldsa. Krytyczne liczby Reynoldsa.

• Współczynnik strat liniowych dla przepływu laminarnego i turbulentnego, wzory Darcy'ego, wzór Blasiusa.

• Straty lokalne współczynnik straty lokalnej.

• Równanie Bernoulliego dla cieczy rzeczywistej. Wykresy ciśnień.

• Wykres Stantona, szorstkość ścian przepływu, wykres Nikuradsego. Szorstkość względna, wpływ szorstkości ścian na straty energii.

III. Przebieg ćwiczenia.

• Wyznaczanie rozkładu ciśnienia i prędkości gazu wzdłuż długości rurociągu oraz obliczenie z różnicy ciśnień za i przed przeszkodą miejscowych strat ciśnienia ( eksperyment ).

• Obliczenie strat ciśnienia na skutek oporów miejscowych oraz tarcia na podstawie PN-76/M-34034 ( weryfikacja ).

IV. Schemat i opis stanowiska doświadczalnego.

a) Dane:

Na schemacie przedstawiono odcinek rurociągu tłocznego wentylatora promieniowego, dla którego należy wyznaczyć rozkład ciśnień statycznych, rozkład prędkości wyliczonych z równań ciągłości przepływu - wzdłuż długości rurociągu.

W czasie przepływu gazu na poszczególnych odcinkach rurociągu zachodzą straty ciśnienia na skutek tarcia o ścianki rury.

Temperatura i wilgotność gazu w rurociągu są równe parametrom otoczenia.

b) Tabela z pomiarami:

Pkt-y pom.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
h (mm)	98	100	102	102	74	79	74	-74	-17	2	1

c) Obliczenia:

1) Obliczenie strumienia objętości V' :

2) Obliczanie prędkości przepływu strumienia ,,c'' w poszczególnych przekrojach (100,180 mm) :

3) Obliczenie strat ciśnienia z danych doświadczalnych Δp:

- straty na rozszerzeniu ( 1-2 ) → ( NR )

- straty na konfuzorze ( 4-5 ) → ( K )

- straty na kryzie ( 7-10 ) → ( KR )

- straty tarcia ( 6-7 ) → ( TR )

40.452 - 3.05 m rury ( *, 100 , 3050mm )

Χ - 6.05 m rury ( * 100 , 6050mm )

Χ = 80.24 Pa

- suma strat z obliczeń doświadczenia.

4) Zmierzona strata całkowita ciśnienia ( 0 - 1 )

5) Obliczenia teoretyczne strat ciśnienia wg PN-76/M-34034

a) straty ciśnienia na rozszerzeniu ( 1-2 )

b) obliczenie liczby Reynoldsa wg PN-76/M-034034

c) określenie współczynnika strat liniowych ( tarcia ) rur λ , wg PN-76/M-34034

Założenie : dla rury hydraulicznej o współczynniku chropowatości względnej np.

d) straty ciśnienia na konfuzorze wg PN-76/M-34034

e) strata ciśnienia na kryzie wg PN-76/M-34034

f) straty ciśnienia na tarcie w rurociągu

g) suma strat ciśnienia obliczanych wg PN-76/M-34034

h) suma strat ciśnienia obliczanych wg teorii z doświadczenia

6) Wnioski.

Na podstawie przeprowadzonego ćwiczenia widać, że straty ciśnienia występujące w czasie przepływu gazu przez rurociąg są zagadnieniem złożonym i wymagającym skomplikowanych obliczeń , a także wnikliwej analizy. Największe straty ciśnienia występują na kryzie ostro krawędziowej cienkościennej ( 7-10 , straty miejscowe) gdzie mamy do czynienia z nagłą zmianą przekroju zarówno przy przepływie gazu przez kryzę jak i przy wypływie . Zarówno przy obliczeniach doświadczalnych jak i empirycznych straty te są największe i znacznie przewyższają straty na pozostałych odcinkach. Stosunkowo duże są również straty na rozszerzeniu ( 1-2 ) , gdzie występuje dość duży współczynnik strat miejscowych wg PN i zmiana prędkości przepływu strumienia jest dość znaczna ( dla obliczeń doświadczalnych ).Straty liniowe ( tarcie w rurociągu ) są dość duże przy obliczeniach normowych , przy obliczeniach doświadczalnych nie są one tak znaczne, podobnie jest z konfuzorem gdzie wg PN straty są minimalne, a przy obliczeniach doświadczalnych większe. Ogólnie straty ciśnienia obliczone z doświadczenia i wg PN są porównywalne. Różnice występują tam gdzie w obliczeniach uwzględniamy współczynnik strat liniowych wynikający z liczby Reynoldsa dla przepływów turbulentnych; a także współczynnik strat miejscowych. Są to współczynniki określane doświadczalnie dlatego możliwe są błędy przy ich wyznaczaniu lub odczycie.

---